C++17，RAII与GSL支持库
主要聊一下 C++17，顺便记录一下 RAII。说句真心话，只要 C++ 遵照最佳实践来编码，还是很省心的，就算它有很多丑陋的地方，你不用它，不看它不就完了。
C++17的一些特性
在if/switch中初始化变量
#include 可以保证变量是有效的。
#include 编译时优化
下面代码运行时会优化（移除）if 分支。
#include constexpr 在 C++11 时就引入了，但是很多程序员都假定会优化分支，其实并没有。
C++17 还引入了 constexpr if ，如果编译时不能优化 if 将会报错。
#include
int main(void)
{
if constexpr (constexpr const auto i = 42; i > 0) {
std::cout << "Hello World\n";
}
}
C++11 中就有这样的断言，
#include C++17 引入了一个新的形式，可以直接这样使用：
#include 命名空间
C++17 添加了嵌套命名空间，不再需要换行。在C++17之前，嵌套命名空间需要这样写：
#include C++17可以把它写到同一行中：
#include 结构化绑定
这是很多人最喜欢的 C++17 的新特性。在 C++17 以前，复杂的结构，比如结构体或者 std::pair，可以用于返回值不止一个的函数。但它的语法非常笨重。就像这样：
#include 在 C++17，结构化绑定(structed bindings)提供了一种将 struct 或者 std::pair 解析独立字段的方法。
#include 同样，可以用于 struct。
#include 内联变量
C++17 一个比较有争议的添加就是内联变量。因为现在有很多库只有头文件，也就是把实现也写在了头文件中。可这也意味着会引入全局变量，那么就可能与正在编写的代码冲突。
内联变量移除了这个问题，就像这样：
#include 库的变化
string view
C++17 添加了一个 std::string_view{} ，它封装了字符序列，类似 std::array，可以更加简单和安全地使用 C 字符串。
#include 像 std::array，std::string_view{} 提供了基于 array 的获取器，就像这样：
#include front 和 last 用来返回字符串的第一个和最后一个字符。at() 可以返回在字符串中任意的字符。如果下标超出字符串的长度，则会抛出 std:out_of_range() 异常。data() 直接返回基于 array 的字符串。用这个函数要小心一点，毕竟它是不安全的。
std::string_view{} 也提供了关于字符串大小的信息：
#include string_view 还可以通过移除前后的字符来减少字符串视图(view)的大小：
#include 注意，它并没有重新分配内存，只是改动了指针。如果需要重新分配内存的（当然，要付出一定的性能代价），则应该使用 std::string{}。
也可以用来返回子字符串，就像这样：
#include 还可以比较字符串，类似 strcmp 函数，返回 0 则代表两个字符串相同。
#include 最后，查找 find 系列函数是这样的：
#include find函数返回第一次出现Hello这个字符串的位置，这里是0。rfind返回最后一次出现给定的字符串的位置。find_first_of()和find_last_of()查找字符的首次出现和查找字符的最后一次出现的位置。在这个例子中，H在字符串中，同时它是msg的开头，所以返回 0。o作为查找字符串的最后一个字符，最后一次是在msg的最后一个单词World中。find_first_not_of()和find_last_not_of()和前面的功能相反。
std::any, std::variant, std::optional
std:any{} 能够存储任意值，获取的时候要将 std:any{} 恢复成对应的数据类型，但它能保存类型安全。any{} 内部定义有一个指针，类型变化时就会分配内存。
#include 在上面的例子中，创建了 std:any{} 并且用 int、double和一个结构体去设置它的值。
std::variant 更像一个类型安全的union。使用标准 C 语言的 union，它是无法在运行时知道存储的类型，也就是同时存储 int 和 double 是有问题的。std::variant 它可以避免这个问题，尝试用不同类型来获取数据是允许的，因此它是类型安全的。
#include 在上面的例子中，std::variant 被用来存储一个 integer 和 double，而通过 std::variant 可以安全地获取数据。
std::optional 是一个可空的值类型，它要么含值，要么不含值。一个指针是可空引用类型，代表着这个指针要么是无效的要么是有效的，并且存储了一个值。为了创建一个指针值，就必须分配内存或者至少指向一个值。std::optional 是值类型，意味着它不需要分配内存。
#include 可以看到，类没有被构造，直到我们设置了一个有效值。
RAII：资源获取即初始化
RAII 可以说是 C++ 最重要的惯用法，一个不懂 RAII 的 C++ 程序员不是一个合格的 C++ 程序员。RAII 为整个 C++ 库奠定了基础和设计模式。RAII 背后的想法很简单。如果分配了资源，则在对象的构造过程中分配该资源，并且在销毁对象时，将释放该资源。换句话说，用对象来管理资源。为此, RAII 利用 C++ 的构造和销毁功能, 例如：
#include 可以看到，当类被初始化时，类就被构造。不再使用它的时候，它就被销毁。用这种简单的概念就可以用来保护一个资源，确保离开时释放了资源。只要用 RAII ，基本上不会出现内存的错误。
#include 可以看到，类创建的时候分配了内存，类销毁的时候释放了内存。因此，只要 myclass{} 还在，资源就是可用的，可以安全地访问资源，因为只有在 myclass{} 不可见的时候才释放资源（假设不使用指向类的引用或指针）。内存不会泄漏。如果类可见，则分配的类的内存将有效。一旦类不再可见（即脱离作用域），内存将被释放，并且不会发生泄漏。
每一个明确的资源配置动作（例如
new）都应该在单一语句中执行，并在该语句中立刻将配置获得的资源交给 handle 对象（比如shared_ptr），程序中一般不出现delete。
C++ 的智能指针 std::unique_ptr{} 和 std::shared_ptr{} 就利用了这种设计模式。RAII 适用于任何必须获取然后释放的资源，例如：打开文件，就需要在最后关闭文件：
#include 需要注意的是，第二个类的析构函数并没有被调用，因为在初始化类的时候已经抛出了异常。也就是说，资源的获取与类本身的初始化直接相关。如果无法安全地构造类，则可以防止未分配的资源被破坏。
RAII 可以说是 C++ 简单又最强大的功能。
开发准则支持库(GSL)
C++ 的语法特性实在是太多了，因此实践过程中许多人只选择了 C++ 的一部分语言特性进行开发，从而约定了最佳实践（用什么、怎么用、要不要用）。其中一个著名的规范就是CCG （C++ Core Guidelines）。为了在开发过程中更好地遵守 CCG 的最佳实践，可以使用 GSL（The Guideline Support Library） 库。
- 指针所有权：明确定义谁拥有指针是防止内存泄漏和指针损坏的简单方式。一般来说，定义所有权的最佳方式使用智能指针
unique_ptr{}和sharped_ptr{}。但有时候，某些情况下是用不了的，这些边缘情况就可以考虑用 GSL 来处理。 - 管理期望：GSL 还可以用来定义函数期待的输入和保证的输出。
- 指针算术：指针的算术运算是导致很多内存问题和漏洞的重要原因。GSL 限制指针运算（或者至少只用在测试良好的库上）可以避免这些问题。
指针所有权
C++ 并不区分谁拥有指针（分配和释放指针）和谁仅能访问值。例如：
#include 上面的代码虽然很短，但是还是可以看到会有很多潜在的风险。比如，init 如果在方法内释放了指针，那么 main 中 delete 便会出现内存重复释放的问题。换句话说，怎么确保 delete 的时间是正确的，如果 init 把资源交给了另外的方法，delete 却提前删除资源，那么之后其它方法访问资源时，又会出现错误。
为了克服这个问题，GSL 提供了一个 gsl::owner<>{} 用于记录给定的变量是否是指针的所有者。
#include 注意：这里的 gsl 不是 C 语言的科学计算库。它只是一个纯头文件的支持库。最简单的用法就是把头文件
include拷到某个目录下，然后编译的时候使用-I选项就可以了，例如g++ -std=c++17 xxx.cpp -Ixxx/xxx/include。
在上面的代码中，p 被指定为指针的所有者，如果 p 不再需要了，那么它应该释放内存。上面代码还有一个问题，init 期待的是一个非 null 的指针。
通常有两种方法来克服出现 null 指针的问题。第一种，是检查 nullptr 并且抛出异常。这种解决方法的问题是，你在每个函数都要检查 nullptr。这些检查无疑需要成本，而且代码也显得比较杂乱。另外一种做法是使用 gsl::not_null<>{}，它可以明确地声明是否可以安全地处理空指针。
#include 在上面的代码中，使用 std::unique_str{} 创建了一个指针，并将它传递给 test() 函数。test() 函数不支持空指针，所以它使用 gsl:not_null<>{} 作为它的参数。反过来，test() 函数返回 gsl:not_null<>{} ，代表函数结果是非 null 的（这也是它为什么要求参数是非 null 原因）。
指针运算
指针算法同样是导致不稳定和漏洞的常见错误来源。C++ Core Guidelines 不鼓励使用指针算术。
int array[10];
auto r1 = array + 1;
auto r2 = *(array + 1);
auto r3 = array[1];
使用指针算术很容易越界。为了解决这个问题，GSL 提供了一个 gsl::span{} 类，可以给我们一个安全使用指针的接口，同样适用于数组。例如：
#define GSL_THROW_ON_CONTRACT_VIOLATION
#include 可以看到 gsl::span{} 在 C++ 原生的数组功能上增加了对范围的检查，防止越界。在上面的代码中，试图访问越界的下标 5，gsl::span{} 抛出了 gsl::fail_fast{} 异常。需要注意的是 GSL_THROW_ON_CONTRACT_VIOLATION ，它告诉 GSL 抛出异常而不是终止 std::terminate 或者不检查越界。
在 gsl::span{} 之上，gsl::span{} 也有一些特定的实现，比如 gsl::cstring_span{}：
#include gsl::cstring_span{} 是一个包含标准 C 风格字符串的 gsl::span{}。使用 gsl::ensure_z() 函数来确保字符串由一个 null 字符结尾。
契约(contracts)
C++ 契约为用户提供了一种方法来说明函数期望输入的内容，以及该函数确保输出的内容。具体来说，C ++ 契约记录了API的作者和API的用户之间的契约，它还提供了该契约的编译时和运行时验证。
未来的 C++ 将会有内置的契约，但现在，可以用 GSL 提供一个基于库的实现。主要是 Expects() 和 Ensures() 这两个宏。
#define GSL_THROW_ON_CONTRACT_VIOLATION
#include 在上面的代码中，使用 Expects() 宏并传入 false。看起来很像 C 语言的 assert() 函数。但不像 assert()，Expects() 为 false时如果不是调试的时候就会执行 std::terminate() 来终止程序。
Ensures() 宏和 Expects() 是一样的，只不过它约束的是输出而不是输入。
#define GSL_THROW_ON_CONTRACT_VIOLATION
#include 一些有用的工具
GSL 也提供给了一些有用的工具来帮助创建具有可靠性和可读性的代码。例如 gsl::finally{} API：
#define concat1(a,b) a ## b
#define concat2(a,b) concat1(a,b)
#define ___ concat2(dont_care, __COUNTER__)
#include gsl::finally{} 通过 C++ 析构函数的机制，提供了一种简单的方式在函数退出之前执行代码。对于需要在函数退出前执行清理过程非常有用。更有用的地方是对于存在异常的时候，一旦代码中有异常，一些清理的代码可能就忘记了，但是只要 gsl::finally{} 是在异常前面的定义的，发生异常后，仍然会执行相应的代码。
在上面的代码中，还包含了一个宏，允许使用 __ 定义 gsl::finally{} 的名字。使用 gsl::finally{} 必须存储 gsl::finally{} 对象才能在退出函数的时候执行析构函数。那就必须给 gsl::finally{} 起一个名字，但这非常笨重，也没有意义。显然，不会有代码去调用 gsl::finally{} 对象。这个宏提供了一个简单方式去表达了“我不关心变量的名字”。
GSL 还提供了 gsl::narrow<>() 和 gsl::narrow_cast<>()，例如：
#include 这两个函数和 static_cast<>() 一样，只不过 gsl::narrow<>() 会检查溢出。gsl::narrow_cast<>() 则只是 static_cast<> 的同义词。它们都表明一个整数的缩小正在发生，简单地说就是把分配给数字的内存空间缩小了。
#define GSL_THROW_ON_CONTRACT_VIOLATION
#include 在上面的代码中，尝试将 64 位整数转化到 32 位，在 gsl::narrow{} 的溢出检查中抛出了异常。
小结
把 C++ 17、RAII、GSL放到一起，无非是希望能写出更加优雅、健壮的 C++ 代码。